科学研究

聚离子液体(PILs)作为近二十年来开发的新材料,结合了离子液体与聚合物的优异特性(电导率高、物化稳定性好、可塑性强等),已被广泛应用在电化学器件、气体分离膜、智能传感器等领域。聚合物流变行为强烈影响其形态与宏观性能,遗憾的是,目前针对聚离子液体缠结与松弛行为的研究极其匮乏,特别是聚离子液体的粘度标度关系仍未达成统一认知,相关的基础物理学参数亟待详细研究。

基于此,我院李光宪教授/牛艳华教授团队通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合精准合成了一系列窄分子量分布的聚(1-(4-苯乙烯)-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺),并深入研究了链缠结对聚离子液体流变学行为及力学行为的影响。通过静态光散射研究发现PILs重均分子量范围为16,000至810,000道尔顿,进一步通过线性流变学研究发现其零切粘度对重均分子量(η0~Mwa)的依赖关系分为两个区域,且其标度指数(α)在非缠结区域与缠结区域分别为1.1±0.1和3.6±0.4,表现出与常规中性聚合物类似的标度行为,此工作为首次对窄分布聚离子液体完整标度区域的研究。此外,通过线性流变学研究发现其缠结分子量约为1.6×105g/mol,与通过理论计算化学方法得到的缠结分子量1.8×105g/mol一致,其中,计算得到堆叠长度(packinglengthp= 8.6 Å)和库恩长度(Kuhnlengthb= 20 Å)尚属首次对PILs基本物理参数定量的研究。值得注意的是,聚(1-(4-苯乙烯)-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺)的缠结分子量远远大于常规不带电聚合物,而这主要源于其单体单元巨大的空间位阻效应。通过大震幅振荡剪切(LAOS)研究发现缠结的PIL具备较好可逆的解缠结-缠结回复行为,同时通过拉伸流变研究发现其兼备较强的应变硬化行为。力学行为研究发现,高分子量(缠结)的PIL在断裂强度实现大幅提升的同时具备更好的循环拉伸-修复性能。该研究为多功能高性能材料的开发提供了一定理论基础。

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图1 聚离子液体粘度标度关系及循环拉伸-回复性能

相关工作以“Influence of Chain Entanglement on Rheological and Mechanical Behaviors of Polymerized Ionic Liquids”为题,发表在《Macromolecules》上。该工作得到了中国国家自然科学基金(No.52073184,51873125),四川省国际科技合作与交流科研基金(2019YFH0027)的支持。十大正规网赌游戏为论文第一单位,李光宪教授和牛艳华教授为共同通讯作者,我院2020级博士研究生刘港为论文的第一作者,美国密歇根大学安娜堡分校Ronald G. Larson教授为论文的第二作者,论文其他作者为李磊,罗欢,何玺。

撰稿:牛艳华

编辑:杨燕玲

审核:刘向阳

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